비행기가 하늘에 남긴 탄소 발자국, 이제는 녹색 비행으로 줄여야

비행기가 하늘에 남긴 탄소 발자국, 이제는 녹색 비행으로 줄여야

대학생신재생에너지기자단 18기 한동근

 

탄소 내뿜는 하마, 항공기

[자료 1. 전 세계 온실가스 배출량 통계]

출처: Our world in data

우리가 늘 이용하는 교통수단이 내뿜는 온실가스의 양은 실로 어마어마하다. 통계를 보면, 교통수단이 내뿜는 온실가스는 전기, 열 생산으로 배출된 온실가스에 이어 배출량 2위를 차지하고 있다. 전 세계가 하나로 연결되고 교류가 많아지면서 자연히 수송량도 많아지게 되었고 교통수단이 내뿜는 온실가스는 지속해서 증가하고 있다. 전 세계인이 사용하는 교통수단 중 온실가스 배출량이 가장 많은 교통수단은 항공기로 나타났다. 유럽환경청(EEA)에 따르면 1km 이동 시, 비행기의 CO2 배출량은 자동차, 기차를 크게 넘어선다. 또한 영국 런던 정경대(LSE)의 그렌섬 연구소가 올 초 발간한 '세계 20대 항공사의 기후변화 대응현황 보고서'에 따르면 항공 부문에서 배출되는 온실가스가 전체 온실가스 배출량의 2%에 이른다.

[자료 2. 교통수단 별 1인당 온실가스 배출량]

출처: BBC

게다가 항공 수요의 지속적인 증가로 항공산업은 연간 약 5% 수준의 성장이 예상되고 있어 2050년경에는 항공 온실가스가 전체 온실가스 배출량의 상당한 부분을 차지할 것으로 보인다. 전 세계 국제항공 부문 연료 소비량은 2003년 48억 리터에서 2017년 88억 리터로 증가하였으며, CO2 배출량 또한 1,218만 톤에서 2,234만 톤으로 증가하였다. 이는 꾸준히 늘어 20205년에는 연료 소비량이 106억 리터, CO2 배출량은 2,687만 톤에 달할 것으로 예측된 바 있다. 우리나라의 경우를 살펴보아도, 코로나19 대유행 이전 우리나라의 국제항공 수송량은 연평균 5.1% 증가하였으며, 연료소비량과 CO2 배출량 또한 연평균 4.42% 증가하였다.

 

[자료 3. A350의 윙렛, 자료 4. 인천공항의 지상전원공급장치 AC-GPS]

출처: 위키피디아, 인천국제공항공사

이대로 항공분야 CO2 배출 증가를 내버려 둘 수는 없는 노릇이다. 사실 항공사와 비행기 제작사 입장에서도 저탄소는 중요한 이슈다. 비단 환경보호만이 아니라 회사 이익에도 직결되는 문제이기 때문이다. 항공사 비용 가운데 유류비는 가장 비중이 높은 지출 항목이다. 양대 항공사인 대한항공과 아시아나의 경우 유류비는 운영비의 32∼37%를 차지한다. 그간 항공업계 내에서 연료 소비를 줄이고 탄소 배출을 줄이려는 노력은 계속되어 왔다. 비행기 날개 끝을 관심 있게 본 적이 있다면 기종마다 모양이 다르다는 점을 알아챘을 것이다. 이는 연료 효율과 관계가 있는데, 에어버스 A320의 경우 날개 끝이 상어 등지느러미처럼 날렵하게 위로 꺾인 ‘샤크렛’ 모양이고 보잉사 보잉 747 중에는 날개 끝이 뒤로 꺾인 ‘레이키드 윙팁’이 있다. 이런 날개 모양은 공기저항을 높이는 와류 현상을 감소시키기 위한 것으로, 샤크렛과 레이키드 윙팁은 각각 4%, 6%의 연료효율 개선 효과가 있다. 엔진 물 세척을 자주 한다거나 계단식 하강 대신 최적의 각도를 따라 착륙하는 방식(연속강하접근), 혹은 활주로에서 전기로 비행기를 이동시키는 ‘일렉트릭 택싱’, 항공기가 지상에 있을 때 항공기 자체의 보조동력장치를 이용하지 않고 지상에서 전원을 공급하는 AC-GPS 등도 고안됐다. 하지만 이런 방법을 모두 동원하더라도 실제 온실가스 저감 효과는 한계가 있다는 게 전문가들 설명이다.

 

[자료 5. ICAO의 항공부문 온실가스 감축 목표]

출처: ICAO

이러한 우려를 인식한 듯, 2016년 국제민간항공기구(ICAO)는 소속 대표 2,000명이 모인 회의에서 항공기 운영 개선(자료의 빨간색 부분), 항공기 기술 개선(자료의 파란색 부분), 그리고 대체 연료 개발과 CORSIA(자료의 초록색 부분)을 통해 항공부문 온실가스 배출량을 2020년 수준으로 동결할 것을 목표로 설정하였다.

 

항공 탄소배출량 규제, CORSIA

 

[자료 6. CORSIA 로고]

출처: ICAO

2016년, UN 산하 전문기구인 국제민간항공기구(ICAO)에서 항공 업계에 적용되는 탄소 배출 규제인 CORSIA(Carbon Offsetting and Reduction Scheme for International Aviation)을 결의하였다. CORSIA는 무엇이고, 항공부문 탄소 배출을 어떻게 규제하고 있을까?

CORSIA란 국제항공 온실가스 배출량을 2020년 수준으로 동결하는 것을 목표로 하고 이를 초과하여 배출한 항공사는 배출권을 구매하여 이를 상쇄하도록 하는 제도이다. CORSIA에 참여하는 국가 간 국제노선을 운항하는 항공사는 2019년부터 매년 이산화탄소 배출량에 대한 산정(Monitoring), 보고(Report), 검증(Verification) 3가지를 뜻하는 MRV를 시행하여야 한다. 탄소 배출량 보고의 검증은 ICAO가 승인한 검증기관을 통해서만 이뤄진다. 또한 2021년부터는 MRV를 통해 최종 산정된 탄소 배출량에 대해 2020년 배출량 수준을 초과하는 양을 상쇄 의무량으로 설정하고, 항공사는 배출권을 구매하여 이를 상쇄하여야 한다. 항공사들의 배출권 구매로 마련된 자금은 재생 에너지 발전, 이산화탄소 포집 등 온실가스 감축을 위한 다양한 프로젝트에 투자된다. 이러한 상쇄 의무 부과는 항공사로 하여금 탄소 저감을 위한 연료로의 전환과 기술개발에 대한 투자를 유도하게 된다.

CORSIA는 특정 업계에 적용되는 첫 전 세계적 탄소배출 규제임과 동시에 국가가 정한 탄소세의 개념이 아닌 시장경제기반의 유일한 국제제도라는 점에서 의의가 있다. 알렉산드르 드 주니악 국제항공운송협회 사무총장 겸 CEO는 “CORSIA는 탄소배출량을 2020년 수준으로 동결하여 탄소 저감 노력의 장을 마련할 것”이라고 말하면서 “CORSIA를 통해 2020년부터 2035년까지 25억 톤의 탄소배출을 줄이고 경제적으로 최소 400억 달러의 효과를 창출할 것”이라고 말했다.

 

항공유를 대체하려는 움직임

 

그러나 탄소 배출을 규제하는 제도만 만들고 탄소배출을 줄이는 개선이 없다면 항공기를 덜 띄우지 않는 한 항공기가 배출하는 온실가스의 양 자체를 줄일 수는 없다. 항공기의 탄소 배출량이 많을 수밖에 없는 이유는 비행 중 막대한 양의 화석연료를 소모하기 때문이다. 자동차가 더 이상 화석연료를 사용하지 않으려 하는 것처럼, 항공기에도 항공유가 아닌 다른 친환경 연료를 사용하여 온실가스 배출량을 줄이려는 노력이 진행되고 있다.

 

[자료 7. 바이오연료로 비행을 준비하는 항공기]

출처: Science The Wire

ICAO와 항공사들은 기존 항공유의 대체 연료로 바이오 연료를 주목했다. 대표적인 바이오 항공 연료는 곡물이나 해조류, 축산폐기물 등에서 추출해 발효한 연료가 있는데, 지속 가능한 비행 요구에 맞춰 세계 각 항공사는 바이오 연료를 활용하는 시범 사업에 착수했다. 최초의 바이오 연료를 이용한 비행은 영국의 버진아틀란틱 항공이 시도했다. 2008년 버진아틀란틱 항공은 코코넛과 바바수 오일을 이용한 바이오연료를 개발해 세계 최초로 B747기 4개의 엔진 중 1개의 엔진에 바이오연료를 20% 정도 섞어 시험 운항하였다. 그 후에도 2017년 ‘녹색 비행의 날‘을 맞아 대한항공을 포함한 전 세계 8개 항공사가 항공유와 바이오연료를 혼합하여 비행하였다. 그러나 아직 바이오연료를 이용한 비행은 갈 길이 멀다. 전체 항공기의 연료 중 현재 사용되는 바이오연료의 비율은 0.1%에 그치고 있다. 바이오연료를 생산하는 설비가 턱없이 부족하고, 바이오 연료의 가격도 일반 항공유보다 30~50%가량 더 비싸기 때문이다. ICAO는 이러한 친환경 바이오 연료를 지속 가능한 항공 연료(SAF)로 정하며, 향후 CORSIA의 시행으로 항공사들이 바이오연료 생산 시설을 확충하고 기술에 투자하게 함으로써 바이오연료의 비중 확대를 기대하고 있다.

 

탄소배출 ‘0’으로, 차세대 항공기

 

현재 항공분야 탄소배출을 줄이는 데서 더 나아가 탄소배출량 ‘0’을 달성하는 녹색 비행을 실현하려면, 무엇보다도 기름을 사용하지 않는 차세대 항공기 개발이 중요하다. 리튬배터리와 수소를 필두로 하는 모빌리티 혁신은 항공 분야에도 한창 진행 중이다.

[자료 8. E-Fan 티저 이미지]

출처: Airbus

전기 항공기는 기존 제트엔진 항공기보다 유지보수가 쉽고 모터 가격이 저렴하며, 소음이 적고 이산화탄소를 적게 배출해 친환경적이다. 그간 기술 한계 등으로 외면받아왔지만 리튬이온 배터리 등장 이후 관련 기술이 빠르게 발전하는 추세다. 기술적으로 소형 항공기는 이미 전기를 동력으로 하늘을 날 수 있고 비행 실험도 이루어지고 있다. 지멘스가 세계 최초로 독자 개발해 2017년 4월 공개한 전기 항공기 ‘엑스트라 330LE’는 최고 시속 337㎞를 돌파했다. 또 에어버스는 지멘스와 협력해 소형 전기 항공기 이팬(E-Fan)을 개발하고 있으며, 2030년을 목표로 100인승 하이브리드 여객기도 개발하겠다고 발표했다. 보잉과 제트블루 투자 유치로 화제를 모은 미국 스타트업 주넘에어로는 보잉과 협력해 승객 10~15명의 항속거리 1100㎞ 하이브리드 항공기를 개발하고 있다. 2022년 미국 전용기 서비스 업체 제트스위트에 100여 대를 납품할 예정이다.

그러나 아직 실제로 세상에 나온 전기 항공기는 소형 항공기들뿐이다. 대형 항공기 동력원을 전기로 바꾸는 데 있어 가장 큰 장벽은 무엇일까? 이는 추진 시스템이 아닌 현재 리튬 배터리의 ‘에너지 밀도’의 한계이다. 항공기에 사용되는 제트 연료의 에너지 밀도는 최신 리튬이온 배터리의 30배에 달한다. 즉, 제트 연료를 그대로 동일한 부피의 리튬이온 배터리로 대체하면 비행에 필요한 만큼의 에너지를 공급할 수 없다. 무게 1㎏당 뿜어내는 힘인 ‘에너지 밀도’를 보면 리튬이온배터리는 제트엔진에 들어가는 항공유의 50분의 1이다. 같은 무게라면 배터리가 가진 동력은 항공유의 2%밖에 안 된다는 얘기다. 일부 전문가는 전기 항공기의 진화 가능성으로 '리튬 공기 배터리'에 주목한다. 이는 공기 중 산소를 정극 활물질로 충·방전할 수 있는 배터리로, 이론적으로 제트 연료와 같은 에너지 밀도를 가진다. 그러나 아직 실험 단계에 불과해 실제 항공기 탑재 가능 여부는 불투명하다.

 

[자료 9. 에어버스가 공개한 수소 항공기 3종]

출처: Airbus

수소 항공기 또한 탄소배출이 없는 친환경 항공기다. 수소 항공기는 수소차에서는 주목받지 못한 수소 내연기관을 사용한다. 에어버스는 오는 2035년 수소 항공기를 상용화하겠다고 발표하며 수소 항공기 개발에 자신감을 내비쳤다. 에어버스는 최근 홈페이지에 수소를 원료로 하는 3종류의 항공기 디자인을 공개했다. 터보팬 항공기, 터보프롭 항공기, 블렌디드 윙 바디 항공기 등은 모두 이산화탄소 배출을 0으로 하겠다는 목표를 담아 제로(ZEROe)라는 코드명을 붙였다. 세 항공기 모두 액체수소를 이용하는데, 액체수소를 이용하는 이유는 기체 수소보다 가볍고, 화석 연료보다 에너지 밀도도 높기 때문이다. 이러한 장점 덕분에, 액체수소는 미래에 현재 제트엔진 연료인 케로신을 대체할 가능성이 높다고 평가받고 있다. 에어버스는 각 모델에 대해 수전해 기술로 물을 전기 분해해 수소를 생산하여 연료용 액체수소 탱크를 기체 후방 격벽 뒤에 설치할 계획이다.

그러나 아직 액체수소를 이용하기 위해서는 많은 과제가 남아있다. 과거 수소를 연료로 한 비행선인 힌덴부르크호 폭발 사고라는 사례가 있듯, 폭발 위험성이 높은 수소를 항공기 연료로 사용한다면 대형 참사로 이어질 수 있다. 무엇보다도 안전성을 확보하고 신뢰를 얻는 것이 중요하다. 또한, 극저온의 액체수소를 운반할 안정적 환경 구축 기술도 필요하다. 그리고 지상에서 수소 연료를 안전하게 공급받을 수 있는 수소 인프라의 구축이 선행되어야 할 것이다. 아직은 수소 모빌리티를 위한 인프라와 기술이 부족한 실정이다.

 

코로나19로 직격탄 맞은 항공업계, 녹색비행 의지 잊지 않아야

[자료 10. 코로나19로 멈춰 선 항공업계]

출처: China Daily

2019년 말부터 시작된 코로나19의 영향으로 우리나라의 경우 2020년 국제선 여객 수가 66.2% 감소하는 등 항공 수송량이 급감하였고, 전 세계적으로는 각국의 봉쇄조치로 항공분야는 올해 4월 기준으로 항공 예약 비행의 경우 89%가 줄었다. 코로나19 대유행으로 항공산업의 피해가 심각하며 회복의 시점도 예측할 수 없는 상황이다. 재정적 어려움이 큰 상황에서 CORSIA 시행 등으로 항공사들의 어려움이 가중된다는 우려의 목소리도 나오고 있다.

그러나 전체 온실가스 배출량 중 항공산업 온실가스 배출량이 무시할 수 없을 정도인 만큼, 항공산업은 환경 보호와 매우 밀접한 관련이 있는 분야이고, 그간 항공분야 환경 보호 노력이 코로나19로 인해 약화되지 않아야 한다. 프랑스의 경우를 보면, 프랑스 정부가 에어프랑스-KLM 그룹에 80억 달러를 빌려주는 조건으로 자국 내 이산화탄소 배출을 절반으로 감축하고, 철도와 경쟁하는 국내선을 감축해야 하는 등 항공사가 CO2 저감 조치를 이행하도록 했다. 이처럼 항공 분야에 대한 지원책을 마련하면서도 동시에 탄소 저감 목표 달성에 계속 나아갈 필요가 있다. 비록 어려운 상황일지라도 지속가능한 사회를 위해 온실가스 감축을 멈출 수는 없는 노릇이다. 정부와 항공산업계 모두 녹색 비행을 향한 의지를 잊지 않길 바란다.

 

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참고문헌

[탄소 내뿜는 하마, 항공기]

1) 윤지로, "[연중기획 지구의 미래] 뉴욕 다녀오셨나요? 당신의 탄소 배출량은 1.1t입니다", 세계일보, 2017. 10. 12 (m.segye.com/view/20171011004932)

2) 오성철, "'비행기 환경세' 추진하는 프랑스...'탄소 배출량, 기차의 20배'", 오피니언뉴스, 2019. 07. 29 (www.opinionnews.co.kr/news/articleView.html?idxno=20935)

3) 구세주, ｢국제항공 온실가스 감축･관리체계 도입을 위한 향후 과제｣, 국회입법조사처, 2020. 07. 22

[항공 탄소배출량 규제, CORSIA]

1) ICAO, ｢CORSIA Implementation Plan Brochure｣

2) IATA, Offsetting CO2 Emissions with CORSIA (www.iata.org/en/programs/environment/corsia/#tab-1)

3) 구세주,  ｢국제항공 온실가스 감축･관리체계 도입을 위한 향후 과제｣, 국회입법조사처, 2020. 07. 22

[항공유를 대체하려는 움직임]

1) 김종화, "[과학을읽다]②항공기 '탄소배출 1위' 오명, 바이오연료로 벗어라", 아시아경제, 2020. 02. 24 (https://www.asiae.co.kr/article/2018090515005764107)

2) ICAO, Sustainable Aviation Fuels (SAF) (www.icao.int/environmental-protection/pages/SAF.aspx)

3) 조은진, "日 2020년까지 항공기용 바이오연료 실용화 ‘박차’", KOTRA 해외시장뉴스, 2015. 07. 13 (news.kotra.or.kr/user/globalBbs/kotranews/782/globalBbsDataView.do?setIdx=243&dataIdx=143868)

[탄소배출 ‘0’으로, 차세대 항공기]

1) Airbus, Electric Flight (www.airbus.com/innovation/zero-emission/electric-flight.html)

2) 안별, "보잉 "2022년 전기 비행기 100대 이상 만들겠다"", 조선일보, 2020. 06. 26 (www.chosun.com/site/data/html_dir/2020/06/25/2020062502814.html)

3) 김정은, "항공의 새바람, '전기비행기' 시대가 온다", 더데일리포스트, 2020. 01. 02 (https://www.thedailypost.kr/news/articleView.html?idxno=72370)

4) 안재용, "2035년까지 수소비행기 하늘난다…한국은?", 머니투데이, 2020. 10. 02 (https://news.mt.co.kr/mtview.phpno=2020092917410624845)

5) 황시용, "영국서 '수소비행기' 시험비행 성공…뭐가 다르지?", 머니투데이, 2020. 10. 03 (https://news.mt.co.kr/mtview.php?no=2020092814162343890)

6) Airbus, "Hydrogen in aviation: how close is it?", 2020. 10. 08 (www.airbus.com/newsroom/stories/hydrogen-aviation-understanding-challenges-to-widespread-adoption.html)

7) 김준래, "수소 자동차 이어 ‘수소 항공기’ 뜬다", 더사이언스타임즈, 2019. 06. 12 (https://www.sciencetimes.co.kr/news/%EC%88%98%EC%86%8C-%EC%9E%90%EB%8F%99%EC%B0%A8-%EC%9D%B4%EC%96%B4-%EC%88%98%EC%86%8C-%ED%95%AD%EA%B3%B5%EA%B8%B0-%EB%9C%AC%EB%8B%A4/)

[코로나19로 직격탄 맞은 항공업계, 녹색비행 의지 잊지 않아야]

1) 김기찬, "살려줄께. 대신 이참에 탄소 배출량 줄여!", 중앙일보, 2020. 08. 04 (news.joins.com/article/23840602)

2) 구세주,  ｢국제항공 온실가스 감축･관리체계 도입을 위한 향후 과제｣, 국회입법조사처, 2020. 07. 22

3) 안광열, ｢항공 연결성의 복구와 기후변화 완화 정책｣, 국토교통부